氧化锆管应用（氧化锆传感器，氧化锆分析仪）

责任编辑：凯发人气：2105 发表时间：2020/3/25

人们早就知道，某些固体氧化物、卤化物、硫化物等具有离子导电性能，其中最著名的是1989年Nernst发现的稳定氧化锆在高温下呈现的离子导电现象。在此后的一段时期内，尽管人们对这种具有离子导电性能的物质——固体电解质进行了种种研究，但始终进展不大。

氧化锆氧量计的主要部件：氧化锆氧量计是由防尘装置、氧化锆管元件 ( 固体电解质元件 ) 、热电偶、加热器、校准气体导管、接线盒以及外壳壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能。材料采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制作，以提高使用寿命。7 W/ j$ a5 m3 o- d 防尘装置由防尘罩和过滤器组成，能防止烟气中的灰尘进入氧化锆锆管内部，使锆管元件免受污染，并能起到缓冲气样的作用。 ( C0 F- T8 X h& V. M J
氧化锆管元件是氧探头的核心部件，由它产生氧浓差电势信号。氧化锆管元件是陶瓷类金属氧化物，使用时必须避免剧烈震动，以免损坏锆管元件。热电偶是为测量锅炉、窑炉烟道中被测气体的温度和加热器恒温控制之用。加热器的作用是提供氧化锆固体电解质元件正常工作所需的温度，从而使其在低于 600 ℃ 的被测烟气环境中正常工作。

纯氧化锆(ZrO2)熔点2680℃，有单斜、四方、立方三种晶型。从1000℃高温开始发生相变，并引起体积变化，从而导致瓷体开裂，加入一定数量的稳定剂，形成立方固溶体可以改变这一性质。产品具有耐高温、耐磨、化学稳定性好、离子导电性良好和常温下不导电等特性。以含氧化锆的矿石粉为原料，加入适量的稳定剂，如氧化钙、氧化镁、二氧化铈、三氧化二钇等。如在稳定型的氧化锆中引入少量正稳氧化锆微粒经高温处理，可得相变增韧氧化锆陶瓷。其强度和韧性均有提高，但存在微裂纹，尚在改进中。可用于制作熔炼铱、铂、钯、钉、铑等高熔点贵金属的坩埚、承烧板、高温发热元件、测氧探头、高温电极材料(用于磁流体发电机组)、优质研磨体、刀具(永不生锈、耐磨、可带电作业)等。用氧化锆（zro2）做热电偶保护管就体现氧化锆耐高温气密性好这一性质。
详细技术参数
规格：ф17.5/ф21.7/500mml
材质：14.5wt%Y2O3+85.5wt%Zro2
晶体结构：高温为六方体、低温为四方体
熔点：2715℃
耐温范围：0~2300℃
适用场所：铸锭炉
特点：耐高温、耐磨性好，与传统的陶瓷管配套使用，因为陶瓷管在高温时容易和惰性气体发生化学反应而软化，而氧化锆管不会和惰性气体发生任何反应，从而避免了使陶瓷管和气体的接触，这样就更有效的提高了热偶的寿命。

氧传感器测氧原理

氧探头是利用氧化锆陶瓷敏感元件来测量各类应用环境下的氧含量的，通过它以求实现工业加热炉燃烧过程自动控制，以及热处理可控气氛炉对零件的质量控制。下面介绍氧化锆陶瓷是如何来完成测氧功能的。
1.ZrOa锆头的导电机制
ZrO2是典型的离子晶体，ZrO2中添加的二价或三价立方对称氧化物，如CaO、MgO、Y2O3和其它三价稀土氧化物时，在适当的加热和冷却条件下可以使ZrO2在600℃以上时成为氧的快离子导体，人们称它为固体电解质。这种陶瓷材料对氧具有高度的敏感性，选择性亦十分好，用它作成的氧探头（又称氧传感器）广泛应用于工业炉和环境保护。ZrO2固体电解质是离子导电体，它是通过晶格内的氧离子空位来实现导电的，锆的导价金属氧化物的加入在ZrO2 晶格中产生了大量的氧离子空位（如图1所示）。每加入二个钇离子就建立一个氧离子空位，ZrO2的缺陷浓度主要决定于添加剂的加入量，而与温度和环境气氛无关。ZrO2的离子导电就是通过ZrO2内的氧离子的迁移来实现的。

2.氧传感器的测氧原理：

在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极，在一定温度下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧(II侧Pref)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧（I侧Po2）的Pt电极上放出电子，转化成氧分子，使该电极带负电。
这样在两个电极间便产生了一定的电动势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。这种电池电动势产生的原动力是两侧电极上氧的化学位差。

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